محققان قادر به تشکیل حالت‌های الکترونی جایگزیده اسپین شکافته، بنام حالت های اندرو در یک قطعه ابررسانا شده اند.

پیوند ضعیف جوزفسون، به عنوان یک جز متداول در ادوات کوانتومی و مغناطیس سنج‌های حساس، شامل یک ماده غیر ابررسانا مانند یک نانوسیم نیمه هادی است که بین دو ابررسانا ساندویچ شده است. یک ابرجریان، بوسیله حالت‌های الکترونیکی جایگزیده بنام حالت‌های مقید اندرو از طریق سیم برقرار می‌شود. بر مبنای پیش بینی‌های نظری، انرژی این حالت‌ها تحت تاثیر اسپین الکترون‌‌ها و حفره هایی است که منجر به این حالت‌ها می‌شوند. اکنون آزمایش‌هایی بوسیله Leandro Tosi از آژانس انرژی اتمی فرانسه و همکارانش این پیش بینی را تایید کرده است. این درجه آزادی اسپین می‌تواند جهت دست کاری حالت های مقید و کاربرد در محاسبات کوانتومی مورد استفاده قرار گیرد.

نوع اتصال مطالعه شده بوسیله Tosi وهمکارانش شامل یک نانوسیم نیمه هادی است که در نزدیکی یک حلقه ابررسانا قرار گرفته است. حالت‌های مقید اندرو درون این سیم ناشی از یک فرایند انعکاس در نواحی بین پیوند هاست. الکترون در حال حرکت درون سیم در اثر برخورد با ابررسانا، مجدداً به عنوان یک حفره به درون سیم بازگشت می‌کند. برای حفظ قانون بقای بار، دو الکترون مقید یا جفت کوپری، به طور همزمان از درون ابررسانا عبور داده می‌شوند. فرآیند معکوس در انتهای مخالف سیم اتفاق می‌افتد. حالت های نتیجه شده، که ناشی از برهم نهی الکترون‌ها و حفره‌هایی است که درون سیم در حال رفت و آمدند، منجر به تسهیل شارش ابرجریان از یک طرف به طرف دیگر می‌شود. به این پدیده اثر جوزفسون می‌گویند.

این تیم نشان دادند که حالت‌های مقید اندرو در این سیستم دارای دو حالت اسپینی مجزا و متفاوت در انرژی هستند، که به آن شکافتگی اسپینی می‌گویند. این تیم دو دلیل برای تفاوت در انرژی را بیان کردند: حضور بیشتر از یک کانال رسانشی در سیم و کوپل شدگی بین اسپین الکترون‌ها و حرکتشان.

منبع::

Putting a Spin on the Josephson Effect